JP6267048B2 - 半導体圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
リード部がパッケージから突出している場合には、圧力センサを筐体に収容する際に、筐体との接触によるリード部の破損が起きるおそれがある。また、筐体が金属製である場合には、リード部と筐体との接触による電気的な接続により問題が起きる可能性がある。
リード部は、屈曲させてパッケージに埋設すれば、筐体との接触を起こりにくくすることができる。この構造を採用する場合は、リード部に制御素子を設置し、リード部を曲げ加工した後、モールド成形などにより、これらを覆うパッケージを形成する。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、リード部と筐体との接触を回避でき、かつリード部の曲げ加工により発生する金属微粒子を原因とする問題が生じない圧力センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
前記リード部は、前記実装部に沿って前記実装部から離れる方向に延出する基延出部と、前記曲げ加工により前記基延出部に対して傾斜して延出する側部延出部とを有し、前記側部延出部は、少なくとも一部が前記本体部の側面に露出しており、前記突出部は、前記側部延出部の最外側面よりも外側方に達していることが好ましい。
前記リード部は、前記側部延出部の延出端で曲げ加工されることにより前記本体部の外底面に沿って延出する外部延出部をさらに備えることが好ましい。
前記複数のリード部のうち少なくとも2つは、互いに並列して形成され、前記本体部には、前記並列するリード部の間に、隣り合う前記リード部が互いに近づく方向に移動するのを規制する規制凸部が形成されていることが好ましい。
前記規制凸部は、前記本体部の外側面に形成されていることが好ましい。
前記規制凸部は、前記本体部の外側面および外底面に形成されていることが好ましい。
従って、金属微粒子を原因とする制御素子の不具合を防止できる。
また、本発明によれば、基体部の突出部が、リード部の露出部分の最外側面よりも外側方に達するように形成されているため、圧力センサを筐体に収容する際に、リード部が筐体に誤って接触することはない。
従って、筐体との接触によるリード部の破損を防ぐとともに、リード部と筐体との電気的接続による問題を回避できる。
さらに、基体部が突出部を有するため、この圧力センサを筐体に収容した状態で、基体部と筐体の内側面との隙間が小さくなることから、圧力センサの側方への位置ずれを防ぐことができる。よって、この位置ずれを原因とする防水性の低下を防ぐことができる。
(第1実施形態)
図1(a)は、本発明の半導体圧力センサ(以下、単に圧力センサという)の第1の実施形態である圧力センサ10の側断面図である。図1(b)は圧力センサ10の下面図である。図2は圧力センサ10の斜視図である。
以下の説明においては、「上」および「下」は、図1(a)における上下に即している。また、高さ方向とは、図1(a)における上方である。「平面視」とは、リードフレーム1の実装部21の厚さ方向(上下方向)から見ることをいう。
また、各構成の位置関係は、XYZ座標系を参照して説明することがある。リードフレーム1のリード部22の基延出部31(31a〜31d)の長さ方向をX軸方向とする。リードフレーム1の実装部21に平行な面内でX軸方向に直交する方向をY軸方向とする。X軸方向およびY軸方向と直交する方向をZ軸方向とする。
X軸とY軸によって形成される面をXY平面という。Y軸とZ軸によって形成される面をYZ平面という。X軸とZ軸によって形成される面をXZ平面という。中心軸C1はZ軸方向に沿う。
基体部4は、例えばエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイドなどの樹脂からなり、モールド成形により一体に形成することができる。
第1辺部6a1と第3辺部6a3とは互いに対向する位置にあり、互いに平行である。第2辺部6a2と第4辺部6a4とは互いに対向する位置にあり、互いに平行である。
第1湾曲部6b1と第3湾曲部6b3とは互いに対向する位置にあり、第2湾曲部6b2と第4湾曲部6b4とは互いに対向する位置にある。
湾曲部6bは、外底面6cの中央6c1を中心とする円弧に沿う形状とされている。
外底面6cは、XY面に沿う面である。
第1〜第4辺部6aに沿う辺部側面6dを、それぞれ第1〜第4辺部側面6d1〜6d4という。第1および第3辺部側面6d1,6d3はYZ面に沿う面であり、第2および第4辺部側面6d2,6d4はXZ面に沿う面である。
湾曲部側面6eは、中心軸C1を有する円筒形に沿う湾曲面である。中心軸C1の平面視位置は外底面6cの中央6c1の平面視位置と一致する。
本体部6の高さは一定であることが好ましい。
なお、辺部側面6dは、Z軸に対して傾斜する面であってもよい。また、基体部4は、実装部21の一部が露出する構造であってもよい。
第1凹部8aは、第1辺部6a1の一部を一辺とする平面視矩形状とされている。第2凹部8bは、第3辺部6a3の一部を一辺とする平面視矩形状とされている。
凹部8a,8bの天面8a1,8b1は、XY平面に沿う面である。
深さ寸法D1が距離D2より大きい場合、外底面6cは外部延出部33(33a〜33d)の外面(下面)より低い位置となる。
上部基体7には、上側が開口した収容部9が形成されている。収容部9は、例えば円筒形に形成された凹部であり、圧力センサ素子2および保護剤8を収容できる。
湾曲部6bと重なる部分以外の部分(周方向の位置が辺部側面6dに相当する部分)は、本体部6(辺部側面6d)よりも外側方に突出している。基部11のうち、辺部側面6dより外側方に突出した部分を突出部13という。
突出部13の平面視形状は、外周縁が円弧状であり、内周縁が直線状である部分円形である。図示例では、突出部13は4つあり、これらをそれぞれ突出部13a〜13dという。突出部13a〜13dは、平面視における周方向位置がそれぞれ辺部側面6d1〜6d4と一致する。
このため、突出部13a,13cの外面13a1,13c1(最大突出箇所。最も中心軸C1から離れた箇所)は、側部延出部32a,32bの外面の最外側方位置(最も中心軸C1から離れた位置)より外側方に位置している。
突出寸法H1は、少なくともリード部22の側部延出部32の厚みより大きくされることが望ましい。
突出寸法H1は、例えば100μm以上、1mm以下とすることができる。
筒状壁部12は、基部11と一体に形成することができる。
本体部6と上部基体7とは互いに別体であってもよいし、互いに一体に形成されていてもよい。
4つのリード部22のうち、実装部21の一方側(+X側)に形成された2つのリード部22をそれぞれ第1および第2リード部22a,22bという。実装部21の他方側(−X側)に形成された2つのリード部22をそれぞれ第3および第4リード部22c,22dという。
なお、図示例では4つのリード部22a〜22dが用いられているが、リード部の数は1でもよいし、2以上の任意の整数でもよい。
図示例では、側部延出部32a,32bは基延出部31a,31bに対して垂直であり、外部延出部33a,33bは側部延出部32a,32bに対して垂直である。
第1および第2リード部22a,22bは互いに並列している。
側部延出部32a,32bは、Y軸方向に間隔をおいて、互いに並列して形成されている。側部延出部32a,32bは、辺部側面6dに接して形成されていてもよいし、辺部側面6dから離れて形成されていてもよい。
側部延出部32a,32bは、辺部側面6dの表面に露出しているため、辺部側面6dに対して外側方に露出しているといえる。
なお、図示例の側部延出部32a,32bは全長が露出しているが、側部延出部は一部のみが露出していてもよい。
外部延出部33a,33bは、本体部6の外面(天面8a1)に露出している。外部延出部33a,33bは、Y軸方向に間隔をおいて、互いに並列して形成されている。外部延出部33a,33bは、天面8a1に接していてもよいし、天面8a1から離れていてもよい。
図示例では、側部延出部32c,32dは基延出部31c,31dに対して垂直であり、外部延出部33c,33dは側部延出部32c,32dに対して垂直である。
第3および第4リード部22c,22dは互いに並列している。
側部延出部32c,32dは、Y軸方向に間隔をおいて、互いに並列して形成されている。側部延出部32c,32dは、辺部側面6dに接していてもよいし、辺部側面6dから離れていてもよい。
側部延出部32c,32dは、辺部側面6dの表面に露出しているため、辺部側面6dに対して外側方に露出しているといえる。
なお、図示例の側部延出部32c,32dは全長が露出しているが、側部延出部は一部のみが露出していてもよい。
外部延出部33c,33dは、本体部6の外面(天面8b1)に露出している。外部延出部33c,33dは、Y軸方向に間隔をおいて、互いに並列して形成されている。外部延出部33c,33dは、天面8b1に接していてもよいし、天面8b1から離れていてもよい。
図示例では、リード部22の基延出部31a,31bの一部は収容部9の底面に露出しており、この部分にボンディングワイヤ14が接続されている。
この例の圧力センサ素子2は、ダイアフラム部が圧力を受けて撓むと、各歪ゲージにダイアフラム部の歪み量に応じた応力が発生する。この応力に応じて歪ゲージの抵抗値がピエゾ抵抗効果によって変化し、この抵抗値変化に応じたセンサ信号が出力される。これにより、圧力を計測することができる。
この圧力センサ素子2は、MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)技術を利用した圧力センサ素子である。
なお、圧力センサ素子は、ピエゾ抵抗効果を用いたピエゾ抵抗式の圧力センサ素子に限らず、例えば、静電容量式等、その他の方式の圧力センサ素子であってもよい。
圧力センサ素子2は、実装部21の上面21a(第1面)側に設置されている。圧力センサ素子2は、少なくとも一部領域が実装部21に重なる位置にあることが望ましい。
圧力センサ素子2は、実装部21の上面21aに、例えばダイボンド樹脂を介して接着することができる。ダイボンド樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが使用できる。
なお、圧力センサ素子2は、平面視において、一部領域が実装部21から外れた位置にあってもよい。また、圧力センサ素子2は、実装部21から高さ方向に離れた位置にあってもよい。
保護剤8としては、例えば、硬度約0(ショアA硬度。JIS K 6253に準拠)の柔らかいゲル剤を用いることが望ましい。これによって、測定対象から加えられる圧力をそのまま圧力センサ素子2に伝達できる。
制御素子3は、例えば、圧力センサ素子2のON/OFF制御、内蔵する温度センサによる検出値の補正、検出データのA/D変換、リニアリティの補正、信号波形の整形などの機能を有する。
前記演算処理部では、前記温度信号に基づいて、圧力センサ素子2からのセンサ信号に補正処理を行うことができる。
温度センサとしては、抵抗式(ブリッジ抵抗式)、ダイオード式、熱電対式、赤外線式などがある。温度センサは、制御素子3内部において、回路形成面3aに近接した位置に設けることができる。
制御素子3は、実装部21の下面21bに、例えばダイボンド樹脂を介して接着することができる。ダイボンド樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが使用できる。
なお、制御素子3は、平面視において、一部領域が実装部21から外れた位置にあってもよい。また、制御素子3は、実装部21から高さ方向に離れた位置にあってもよい。
制御素子3は、一部領域が圧力センサ素子2の一部領域または全領域に重なる位置にあってもよいし、制御素子3の全領域が圧力センサ素子2の一部領域または全領域と重なる位置にあってもよい。
ボンディングワイヤ14,15は、例えば金、アルミニウムなどの金属からなる。
(制御素子の実装)
図3(a)に示すように、リード部22Aが屈曲されていないこと以外はリードフレーム1と同じ構成のリードフレーム基板1Aを用意する。
リードフレーム基板1Aのリード部22Aは全長にわたってX軸方向に沿って直線的に形成されている。
制御素子3とリード部22Aとをボンディングワイヤ15によって互いに接続する。
図3(b)に示すように、実装部21、制御素子3、およびボンディングワイヤ14を覆うように基体部4を形成する。
基体部4は、モールド成形により形成することができる。モールド(型)としては、本体部6に応じた内部形状を有する下部モールドと、上部基体7に応じた内部形状を有する上部モールドとを使用できる。
下部モールドと上部モールドとの間にリードフレーム基板1Aを挟み込んだ状態で、下部モールドおよび上部モールドの内部空間に材料樹脂を充てんすることによって、基体部4を形成することができる。
リード部22Aは、基延出部31(31a〜31d)の一部に相当する部分が基体部4に埋設される。
リード部22Aの露出部分の表面には、金属層(図示略)を形成することができる。金属層は、例えば、下地層であるNi層と、その上に形成されたAu層とを有する積層構造としてよい。金属層は、無電解めっき等により形成できる。
図3(c)に示すように、リード部22Aをそれぞれ2箇所(延出端31a1〜31d1および延出端32a1〜32d1(図2参照)に相当する位置)で屈曲させる。
リード部22Aでは、曲げ箇所において金属微粒子が発生するが、制御素子3は基体部4に覆われているため、金属微粒子が制御素子3に付着することはない。
図3(d)に示すように、載置台部16に圧力センサ素子2を搭載し、圧力センサ素子2とリード部22とをボンディングワイヤ14によって互いに接続する。
図1(a)に示すように、上部基体7の収容部9に保護剤8を充てんし、圧力センサ素子2を覆う。
以上の工程を経て、図1(a)等に示す圧力センサ10を得る。
この図に示すように、圧力センサ10は、機器の筐体28内に設置できる。
筐体28は、下壁25と、その周縁部に立設された側壁26,26と、上壁27とを有する。筐体28は、下壁25と側壁26,26と上壁27とで区画される収容空間29に圧力センサ10を収容できる。
基部11の上面11aと上壁27の下面との間には、軟質樹脂からなるガスケット24(Oリング等)が設けられる。ガスケット24は筒状壁部12を囲んで設けられる。
ガスケット24は弾性的に圧縮変形し、その弾性力により上面11aと上壁27の下面との隙間を気密に塞いでいる。
リード部22の外部延出部33は、下壁25上に設置された配線基板34の上面34aに形成された配線層(図示略)に接続することができる。
リード部22が、基体部4の外に位置する延出端31a1〜31d1および延出端32a1〜32d1で曲げられているため、この曲げ加工を、基体部4を形成した後に行うことができる(図3参照)。
制御素子3は基体部4に覆われているため、曲げ加工によって金属微粒子が発生した場合でも、この金属微粒子が制御素子3に付着することはない。
従って、金属微粒子を原因とする制御素子3の不具合を防止できる。
よって、筐体28との接触によるリード部22の破損、および、リード部22と筐体28との電気的接続による問題を回避できる。
よって、圧力センサ10の設置位置が安定するため、ガスケット24が所定の位置からずれることによる防水性能の低下を防ぐことができる。
なお、以下に説明する各実施形態では、既出の圧力センサとの共通部分については同じ符号を付してその説明を省略または簡略化する。
規制壁部17は、平面視矩形とされ、幅(X方向の寸法)は突出部13a,13cの突出寸法とほぼ同じである。このため、辺部側面6dからの突出寸法H3は、側部延出部32の外面の、辺部側面6d1,6d3からの距離H2より大きい。
図示例の規制壁部17の高さ(Z方向の寸法)は本体部6の高さとほぼ同じであり、規制壁部17(17a、17b)の下端17a1,17b1は外底面6cとほぼ同じ高さ位置にある。なお、規制壁部17の高さ寸法は、辺部側面6dの高さと同じとしてもよい。
規制壁部17は、本体部6と一体に形成することができる。
辺部側面6d3に形成された規制壁部17bは、側部延出部32aと側部延出部32bとの間にあるため、側部延出部32a,32bが互いに近づく方向に移動するのを規制できる位置にあるといえる。よって、側部延出部32a,32bの形成位置が変動した場合でも、側部延出部32a,32bが互いに短絡するのを確実に防止できる。
圧力センサ30は、規制壁部18(18a,18b)(規制凸部)を有する点で、図1(a)等に示す圧力センサ10と異なる。
規制壁部18(18a,18b)は、辺部側面6d(6d1,6d3)から外底面6c(凹部8a,8b)にかけて、側部延出部32と外部延出部33の全長にわたって形成されている。
規制壁部18bは、辺部側面6d3(図1(b)参照)のほぼ中央(Y方向の中央)に、高さ方向(上下方向)に沿って形成された第1壁部18b1と、凹部8aの天面8a1のほぼ中央(Y方向の中央)に、X方向に沿って形成された第2壁部18b2とを有する。
規制壁部18bは、延出部32a,33aと延出部32b,33bとの間に位置するため、延出部32a,33aと延出部32b,33bとが互いに近づく方向に移動するのを規制できる位置にあるといえる。よって、延出部32a,33a,32b,33bの形成位置が変動した場合でも、これらが短絡するのを防止できる。
例えば、図示例のリード部22は2箇所で曲げ加工されているが、曲げ箇所の数はこれに限らず、1でもよいし、3以上の任意の整数でもよい。
また、図示例のリード部22は、基延出部31と、基延出部31に垂直な側部延出部32と、側部延出部32に垂直な外部延出部33とを有する形状であるが、曲げ箇所の曲げ角度は垂直に限らず、任意の角度でよい。例えば、側部延出部は、基延出部に対して90°以外の角度で傾斜していてもよい。
また、図示例のリード部22は、基延出部31と、側部延出部32と、外部延出部33とを有する形状であるが、リード部は外部延出部がない形状としてもよい。
Claims (6)
- 実装部と前記実装部に対して延出する複数のリード部とを有するリードフレームと、
前記実装部の第1面側に設けられて前記リード部と電気的に接続される圧力センサ素子と、
前記実装部の前記第1面とは反対の面である第2面に設置されて前記リード部と電気的に接続され、前記圧力センサ素子からの信号を受けて圧力検出信号を出力する制御素子と、
前記実装部の少なくとも一部および前記制御素子を覆う基体部と、を備え、
前記基体部は、本体部と、前記本体部の側面に対して外側方に突出する突出部とを有し、
前記リード部は、少なくとも一部が前記本体部の側面に対して外側方に露出しており、この露出部分が1または複数箇所で曲げ加工され、
前記突出部は、前記リード部の露出部分の最外側面よりも外側方に達するように形成され、
前記複数のリード部のうち少なくとも2つは、互いに並列して形成され、
前記本体部には、前記並列するリード部の間に、隣り合う前記リード部が互いに近づく方向に移動するのを規制する規制凸部が、少なくとも前記本体部の側面に対して外側方に突出するよう形成されている
ことを特徴とする半導体圧力センサ。 - 前記リード部は、前記実装部に沿って前記実装部から離れる方向に延出する基延出部と、前記曲げ加工により前記基延出部に対して傾斜して延出する側部延出部とを有し、
前記側部延出部は、少なくとも一部が前記本体部の側面に露出しており、
前記突出部は、前記側部延出部の最外側面よりも外側方に達していることを特徴とする請求項1に記載の半導体圧力センサ。 - 前記リード部は、前記側部延出部の延出端で曲げ加工されることにより前記本体部の外底面に沿って延出する外部延出部をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の半導体圧力センサ。
- 前記規制凸部は、前記本体部の外側面に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の半導体圧力センサ。
- 前記規制凸部は、前記本体部の外側面および外底面に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の半導体圧力センサ。
- 実装部と前記実装部に対して延出する複数のリード部とを有するリードフレームと、前記実装部の第1面側に設けられて前記リード部と電気的に接続される圧力センサ素子と、前記実装部の前記第1面とは反対の面である第2面に設置されて前記リード部と電気的に接続され、前記圧力センサ素子からの信号を受けて圧力検出信号を出力する制御素子と、前記実装部の少なくとも一部および前記制御素子を覆う基体部と、を備えた半導体圧力センサを製造する方法であって、
前記複数のリード部のうち少なくとも2つは、互いに並列して形成され、
前記基体部は、本体部と、前記本体部の側面に対して外側方に突出する突出部と、少なくとも前記本体部の側面に対して外側方に突出するよう形成され、前記並列するリード部の間に隣り合う前記リード部が互いに近づく方向に移動するのを規制する規制凸部と、
を有し、
前記実装部と前記実装部に対して延出する未曲げ加工の前記リード部とを有するリードフレーム基板の前記実装部の第2面に前記制御素子を設置する工程と、
前記基体部を、前記実装部の少なくとも一部および前記制御素子を覆い、かつ前記リード部の少なくとも一部が並列して前記本体部の側面に対して外側方に露出するように形成する工程と、
前記リード部の露出部分を、1または複数箇所で曲げ加工する工程と、を有し、
前記リード部を曲げ加工する工程において、前記リード部の露出部分の最外側面よりも前記突出部が外側方に達するよう、且つ並列する前記リード部の間に前記規制凸部が配置されるように前記リード部を曲げ加工することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
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